Por plenumi la bezonojn de nubaj servoj, la reto estas iom post iom dividita en subtavolan kaj supertavolan. La subtavola reto estas la fizika ekipaĵo kiel vojigo kaj ŝaltado en tradicia datumcentro, kiu ankoraŭ kredas je la koncepto de stabileco kaj provizas fidindajn retajn datumtransigajn kapablojn. Supertavola estas la komerca reto enkapsuligita sur ĝi, pli proksime al la servo, per la VXLAN aŭ GRE protokola enkapsuligo, por provizi al uzantoj facile uzeblajn retservojn. Subtavola reto kaj supertavola reto estas rilataj kaj malkuplitaj, kaj ili estas rilataj unu al la alia kaj povas evolui sendepende.
La subtavola reto estas la fundamento de la reto. Se la subtavola reto estas malstabila, ne ekzistas SLA por la entrepreno. Post la tri-tavola retarkitekturo kaj Fat-Tree retarkitekturo, la datumcentra retarkitekturo transiras al la Spino-Folia arkitekturo, kiu enkondukis la trian aplikon de la CLOS retmodelo.
Tradicia datumcentra retarkitekturo
Tri-tavola Dezajno
De 2004 ĝis 2007, la tritavola retarkitekturo estis tre populara en datumcentroj. Ĝi havas tri tavolojn: la kerna tavolo (la altrapida ŝaltila spino de la reto), la agrega tavolo (kiu provizas politik-bazitan konekteblecon), kaj la alirtavolo (kiu konektas laborstaciojn al la reto). La modelo estas jena:
Tri-tavola Reta Arkitekturo
Kerna Tavolo: La kernaj ŝaltiloj provizas altrapidan plusendadon de pakaĵetoj en kaj el la datumcentro, konekteblecon al la pluraj agregaĵtavoloj, kaj rezisteman L3-vojigan reton kiu tipe servas la tutan reton.
Agregacia Tavolo: La agregacia ŝaltilo konektiĝas al la alirŝaltilo kaj provizas aliajn servojn, kiel ekzemple fajromuron, SSL-malŝarĝon, entrudiĝdetekton, retanalizon, ktp.
Alirtavolo: La alirŝaltiloj kutime troviĝas ĉe la supro de la rako, do ili ankaŭ nomiĝas ŝaltiloj ToR (Top of Rack), kaj ili fizike konektas al la serviloj.
Tipe, la agregaĵŝaltilo estas la limpunkto inter L2 kaj L3 retoj: la L2 reto estas sub la agregaĵŝaltilo, kaj la L3 reto estas supre. Ĉiu grupo de agregaĵŝaltiloj administras liverpunkton (POD), kaj ĉiu POD estas sendependa VLAN-reto.
Reta Buklo kaj Spanning Tree protokolo
La formado de bukloj plejparte estas kaŭzita de konfuzo kaŭzita de neklaraj celvojoj. Kiam uzantoj konstruas retojn, por certigi fidindecon, ili kutime uzas redundajn aparatojn kaj redundajn ligilojn, tiel ke bukloj neeviteble formiĝas. La reto de tavolo 2 estas en la sama elsenddomajno, kaj la elsendaj pakaĵetoj estos transdonitaj plurfoje en la buklo, formante elsendŝtormon, kiu povas kaŭzi havenblokadon kaj ekipaĵparalizon tuj. Tial, por malhelpi elsendŝtormojn, necesas malhelpi la formadon de bukloj.
Por malhelpi la formiĝon de bukloj kaj certigi fidindecon, eblas nur transformi redundajn aparatojn kaj redundajn ligilojn en rezervajn aparatojn kaj rezervajn ligilojn. Tio estas, redundaj aparataj pordoj kaj ligiloj estas blokitaj sub normalaj cirkonstancoj kaj ne partoprenas en la plusendado de datenpakaĵoj. Nur kiam la aktuala plusendanta aparato, pordo, ligo paneas, rezultante en retŝtopiĝo, redundaj aparataj pordoj kaj ligiloj malfermiĝas, por ke la reto povu esti restarigita al normaleco. Ĉi tiu aŭtomata kontrolo estas efektivigita per la Spanning Tree Protocol (STP).
La protokolo "spanning tree" funkcias inter la alirtavolo kaj la lavujtavolo, kaj en ĝia kerno estas algoritmo "spanning tree" funkcianta sur ĉiu STP-ebligita ponto, kiu estas specife desegnita por eviti pontbuklojn en la ĉeesto de redundaj vojoj. STP elektas la plej bonan datenvojon por plusendi mesaĝojn kaj malpermesas tiujn ligilojn, kiuj ne estas parto de la "spanning tree", lasante nur unu aktivan vojon inter iuj ajn du retnodoj kaj la alia suprenligo estos blokita.
STP havas multajn avantaĝojn: ĝi estas simpla, facile uzebla, kaj postulas tre malmulte da agordo. La maŝinoj ene de ĉiu pod apartenas al la sama VLAN, do la servilo povas migri la lokon arbitre ene de la pod sen modifi la IP-adreson kaj enirejon.
Tamen, paralelaj plusendaj vojoj ne povas esti uzataj de STP, kiu ĉiam malŝaltos redundajn vojojn ene de la VLAN. Malavantaĝoj de STP:
1. Malrapida konverĝo de topologio. Kiam la reto-topologio ŝanĝiĝas, la protokolo "spanning tree" bezonas 50-52 sekundojn por kompletigi la topologian konverĝon.
2, ne povas provizi la funkcion de ŝarĝekvilibro. Kiam estas buklo en la reto, la protokolo "spanning tree" povas nur simple bloki la buklon, tiel ke la ligo ne povas plusendi datenpakaĵetojn, malŝparante retresursojn.
Virtualigo kaj Orient-Okcidenta Trafikaj Defioj
Post 2010, por plibonigi la utiligon de komputilaj kaj stokaj rimedoj, datencentroj komencis adopti virtualigan teknologion, kaj granda nombro da virtualaj maŝinoj komencis aperi en la reto. Virtuala teknologio transformas servilon en plurajn logikajn servilojn, ĉiu virtuala maŝino povas funkcii sendepende, havas sian propran operaciumon, aplikaĵon, sian propran sendependan MAC-adreson kaj IP-adreson, kaj ili konektas al la ekstera ento per la virtuala ŝaltilo (vSwitch) ene de la servilo.
Virtualigo havas akompanan postulon: vivan migradon de virtualaj maŝinoj, la kapablon movi sistemon de virtualaj maŝinoj de unu fizika servilo al alia konservante la normalan funkciadon de servoj sur la virtualaj maŝinoj. Ĉi tiu procezo estas imuna al finuzantoj, administrantoj povas flekseble asigni servilajn rimedojn, aŭ ripari kaj ĝisdatigi fizikajn servilojn sen influi la normalan uzadon de uzantoj.
Por certigi, ke la servo ne estu interrompita dum la migrado, necesas, ke ne nur la IP-adreso de la virtuala maŝino restu senŝanĝa, sed ankaŭ la funkcianta stato de la virtuala maŝino (kiel ekzemple la TCP-seancostato) estu konservata dum la migrado, do la dinamika migrado de la virtuala maŝino povas esti efektivigita nur en la sama tavolo-2-domajno, sed ne trans la tavolo-2-domajna migrado. Tio kreas la bezonon de pli grandaj L2-domajnoj de la alirtavolo al la kerna tavolo.
La dividpunkto inter L2 kaj L3 en la tradicia grand-tavola 2-reta arkitekturo estas ĉe la kerna ŝaltilo, kaj la datumcentro sub la kerna ŝaltilo estas kompleta elsenda domajno, tio estas, la L2-reto. Tiel, ĝi povas realigi la arbitrecon de aparata deplojo kaj lokmigrado, kaj ĝi ne bezonas modifi la agordon de IP kaj enirejo. La malsamaj L2-retoj (VLAN) estas senditaj tra la kernaj ŝaltiloj. Tamen, la kerna ŝaltilo sub ĉi tiu arkitekturo bezonas konservi grandegan MAC kaj ARP-tabelon, kio metas altajn postulojn por la kapablo de la kerna ŝaltilo. Krome, la Alira Ŝaltilo (TOR) ankaŭ limigas la skalon de la tuta reto. Ĉi tio fine limigas la skalon de la reto, retvastiĝon kaj elastan kapablon, la prokrasto-problemo trans la tri tavoloj de planado ne povas kontentigi la bezonojn de estonta komerco.
Aliflanke, la orient-okcidenta trafiko alportita de virtualiga teknologio ankaŭ alportas defiojn al la tradicia tri-tavola reto. La trafiko de datencentroj povas esti larĝe dividita en la jenajn kategoriojn:
Nord-suda trafiko:Trafiko inter klientoj ekster la datumcentro kaj la datumcentra servilo, aŭ trafiko de la datumcentra servilo al la Interreto.
Orient-okcidenta trafiko:Trafiko inter serviloj ene de datencentro, same kiel trafiko inter malsamaj datencentroj, kiel ekzemple katastrofrekupero inter datencentroj, komunikado inter privataj kaj publikaj nuboj.
La enkonduko de virtualiga teknologio igas la deplojon de aplikaĵoj pli kaj pli distribuita, kaj la "kromefiko" estas, ke la orient-okcidenta trafiko pliiĝas.
Tradiciaj tritavolaj arkitekturoj estas tipe desegnitaj por Nord-suda trafiko.Kvankam ĝi povas esti uzata por orient-okcidenta trafiko, ĝi eble finfine malsukcesos funkcii kiel bezonate.
Tradicia tritavola arkitekturo kontraŭ Spino-folia arkitekturo
En tritavola arkitekturo, orient-okcidenta trafiko devas esti plusendita tra aparatoj en la agregaciaj kaj kernaj tavoloj. Nenecese trapasas multajn nodojn. (Servilo -> Aliro -> Agregacio -> Kerna Ŝaltilo -> Agregacio -> Alira Ŝaltilo -> Servilo)
Tial, se granda kvanto da orient-okcidenta trafiko estas funkciigita tra tradicia tritavola retarkitekturo, aparatoj konektitaj al la sama ŝaltilhaveno povas konkuri pri bendolarĝo, rezultante en malbonaj respondotempoj akiritaj de finuzantoj.
Malavantaĝoj de tradicia tri-tavola retarkitekturo
Videblas, ke la tradicia tritavola retarkitekturo havas multajn mankojn:
Malŝparo de bendolarĝo:Por malhelpi bukladon, STP-protokolo kutime funkcias inter la agregaĵtavolo kaj la alirtavolo, tiel ke nur unu suprenligo de la alirŝaltilo vere portas trafikon, kaj la aliaj suprenligoj estos blokitaj, rezultante en malŝparo de bendolarĝo.
Malfacileco en grandskala reto-lokigo:Kun la vastiĝo de retskalo, datumcentroj estas distribuitaj en malsamaj geografiaj lokoj, virtualaj maŝinoj devas esti kreitaj kaj migritaj ie ajn, kaj iliaj retaj atributoj kiel IP-adresoj kaj enirejoj restas senŝanĝaj, kio postulas la subtenon de dika Tavolo 2. En la tradicia strukturo, neniu migrado povas esti farita.
Manko de oriento-okcidenta trafiko:La tritavola retarkitekturo estas ĉefe desegnita por nord-suda trafiko, kvankam ĝi ankaŭ subtenas orient-okcidentan trafikon, sed la mankoj estas evidentaj. Kiam la orient-okcidenta trafiko estas granda, la premo sur la ŝaltiloj de la agrega tavolo kaj la kerna tavolo multe pliiĝos, kaj la grandeco kaj rendimento de la reto limiĝos al la agrega tavolo kaj la kerna tavolo.
Tio igas entreprenojn fali en la dilemon de kosto kaj skalebleco:Subteni grandskalajn alt-efikecajn retojn postulas grandan nombron da konverĝtavolaj kaj kerntavolaj ekipaĵoj, kio ne nur alportas altajn kostojn al entreprenoj, sed ankaŭ postulas, ke la reto estu planita anticipe dum konstruado de la reto. Kiam la retskalo estas malgranda, ĝi kaŭzos malŝparon de rimedoj, kaj kiam la retskalo daŭre kreskas, estas malfacile kreski.
La Arkitekturo de Reto Spino-Folio
Kio estas la Spino-Folia retarkitekturo?
Responde al la supre menciitaj problemoj,nova datencentra dezajno, Spino-Folia retarkitekturo, aperis, kion ni nomas folikresta reto.
Kiel la nomo sugestas, la arkitekturo havas Spinan tavolon kaj Folian tavolon, inkluzive de spinaj ŝaltiloj kaj foliaj ŝaltiloj.
La Spino-Folia Arkitekturo
Ĉiu foliŝaltilo estas konektita al ĉiuj krestoŝaltiloj, kiuj ne estas rekte konektitaj unu al la alia, formante plen-maŝan topologion.
En spino-kaj-folio, konekto de unu Servilo al alia pasas tra la saman nombron da aparatoj (Servilo -> Folio -> Spina Ŝaltilo -> Folia Ŝaltilo -> Servilo), kio certigas antaŭvideblan latentecon. Ĉar pakaĵo nur bezonas trairi unu spinon kaj alian folion por atingi la cellokon.
Kiel Spino-Folio funkcias?
Folia Ŝaltilo: Ĝi estas ekvivalenta al la alirŝaltilo en la tradicia tritavola arkitekturo kaj rekte konektas al la fizika servilo kiel la TOR (Supro de Rako). La diferenco kun la alirŝaltilo estas, ke la limpunkto de la L2/L3 reto nun estas sur la Folia ŝaltilo. La Folia ŝaltilo estas super la 3-tavola reto, kaj la Folia ŝaltilo estas sub la sendependa L2-elsenda domajno, kio solvas la BUM-problemon de la granda 2-tavola reto. Se du Foliaj serviloj bezonas komuniki, ili bezonas uzi L3-vojigon kaj plusendi ĝin tra Spina ŝaltilo.
Spina Ŝaltilo: Ekvivalenta al kerna ŝaltilo. ECMP (Equal Cost Multi Path - Multvoja Egala Kosto) estas uzata por dinamike elekti plurajn vojojn inter la Spina kaj Leaf-ŝaltiloj. La diferenco estas, ke la Spina nun simple provizas rezisteman L3-vojigan reton por la Leaf-ŝaltilo, do la nord-suda trafiko de la datumcentro povas esti direktita de la Spina ŝaltilo anstataŭ rekte. Nord-suda trafiko povas esti direktita de la randa ŝaltilo paralele al la Leaf-ŝaltilo al la WAN-enkursigilo.
Komparo inter Spino/Folio-retarkitekturo kaj tradicia tri-tavola retarkitekturo
Avantaĝoj de Spino-Folio
Plata:Plata dezajno mallongigas la komunikadan vojon inter serviloj, rezultante en pli malalta latenteco, kiu povas signife plibonigi la rendimenton de aplikaĵoj kaj servoj.
Bona skaleblo:Kiam la bendlarĝo estas nesufiĉa, pligrandigo de la nombro de krestaj ŝaltiloj povas horizontale etendi la bendlarĝon. Kiam la nombro de serviloj pliiĝas, ni povas aldoni foliajn ŝaltilojn se la denseco de la havenoj estas nesufiĉa.
Kostredukto: Norden iranta kaj suden iranta trafiko, ĉu elirante el foliaj nodoj aŭ elirante el krestaj nodoj. Orient-okcidenta fluo, distribuita laŭ pluraj vojoj. Tiel, la foli-kresta reto povas uzi fiks-konfiguraciajn ŝaltilojn sen la bezono de multekostaj modulaj ŝaltiloj, kaj tiam redukti la koston.
Malalta Latenteco kaj Evitado de Obstrukciĝoj:Datenfluoj en Leaf-kresta reto havas la saman nombron da saltoj tra la reto sendepende de fonto kaj celloko, kaj ĉiuj du serviloj estas Leaf ->Spine ->Leaf atingeblaj unu de la alia per tri saltoj. Tio establas pli rektan trafikvojon, kiu plibonigas rendimenton kaj reduktas proplempunktojn.
Alta Sekureco kaj Havebleco:La STP-protokolo estas uzata en la tradicia tritavola retarkitekturo, kaj kiam aparato paneas, ĝi rekonverĝas, influante la retrendimenton aŭ eĉ paneante. En la foli-kresta arkitekturo, kiam aparato paneas, ne necesas rekonverĝi, kaj la trafiko daŭre pasas tra aliaj normalaj vojoj. La retkonektebleco ne estas trafita, kaj la bendlarĝo estas reduktita nur je unu vojo, kun malmulta efiko al la rendimento.
Ŝarĝbalancigo per ECMP bone taŭgas por medioj kie oni uzas centralizitajn retadministradajn platformojn kiel SDN. SDN permesas simpligi la agordon, administradon kaj redirekton de trafiko en kazo de blokado aŭ ligfiasko, igante la inteligentan ŝarĝbalancigan plenan rettopologion relative simpla maniero por agordi kaj administri.
Tamen, la Spino-Folia arkitekturo havas kelkajn limigojn:
Unu malavantaĝo estas, ke la nombro da ŝaltiloj pligrandigas la grandecon de la reto. La datumcentro de folikresta retarkitekturo bezonas pliigi la nombron de ŝaltiloj kaj reta ekipaĵo proporcie al la nombro de klientoj. Dum la nombro de gastigantoj pliiĝas, granda nombro da foliŝaltiloj estas bezonata por suprenkonektiĝi al la kresta ŝaltilo.
La rekta interkonekto de krestaj kaj foliaj ŝaltiloj postulas kongruigon, kaj ĝenerale, la akceptebla bendolarĝo-proporcio inter foliaj kaj krestaj ŝaltiloj ne povas superi 3:1.
Ekzemple, estas 48 klientoj kun rapideco de 10Gbps sur la folia ŝaltilo kun totala pordkapacito de 480Gb/s. Se la kvar 40G suprenligaj pordoj de ĉiu folia ŝaltilo estas konektitaj al la 40G kresta ŝaltilo, ĝi havos suprenligan kapaciton de 160Gb/s. La proporcio estas 480:160, aŭ 3:1. Suprenligoj de datumcentroj estas tipe 40G aŭ 100G kaj povas esti migritaj laŭlonge de la tempo de deirpunkto de 40G (Nx 40G) al 100G (Nx 100G). Gravas noti, ke la suprenligo ĉiam funkciu pli rapide ol la malsuprenligo por ne bloki la pordligon.
Spino-foliaj retoj ankaŭ havas klarajn dratajn postulojn. Ĉar ĉiu folia nodo devas esti konektita al ĉiu spina ŝaltilo, ni bezonas meti pli da kupraj aŭ fibro-optikaj kabloj. La distanco de la interkonekto pliigas la koston. Depende de la distanco inter la interkonektitaj ŝaltiloj, la nombro de altkvalitaj optikaj moduloj bezonataj de la Spino-folia arkitekturo estas dekoble pli alta ol tiu de la tradicia tritavola arkitekturo, kio pliigas la totalan deplojan koston. Tamen, tio kaŭzis kreskon de la merkato por optikaj moduloj, precipe por altrapidaj optikaj moduloj kiel 100G kaj 400G.
Afiŝtempo: 26-a de januaro 2026
